INSTALAÇÃO DE REDES DE GÁS NATURAL – COMPARATIVO ENTRE MÉTODOS DESTRUTIVOS E NÃO DESTRUTIVOS PERFURAÇÃO HORIZONTAL DIRECIONAL

Installation of Natural Gas Networks – Comparison Between Destructive and Non-Destructive Methods Horizontal Directional Drilling

REGISTRO DOI:10.5281/zenodo.10183004

Clayton Lira Mendes
Gabriel Malavazzi Califano
Marco Antonio da Silva Santos
Ricardo Rabelo Secundo
Walace Alves Casusão
Coautora: Profª. Ma. Luciana Bertolla Andrade

Resumo: O artigo aborda uma análise crítica das técnicas de instalação de redes de gás natural, focalizando na comparação entre método destrutivo e não destrutivo, com ênfase na perfuração horizontal direcional. O estudo destaca que a infraestrutura de gás natural desempenha um papel crucial na distribuição de energia limpa e eficiente. Tradicionalmente, os métodos de instalação de tubulações de gás natural envolviam a abertura de valas, o que causava interrupções significativas no tráfego e nos serviços públicos. No entanto, a perfuração horizontal direcional emergiu como uma técnica não destrutiva que minimiza os impactos negativos nas comunidades urbanas. O artigo explora os princípios da perfuração horizontal direcional, destacando seus benefícios, como a redução de custos de restauração de superfície, menor impacto ambiental e menores riscos de vazamentos. Além disso, é apresentado um estudo de caso que compara a eficácia do método não destrutivo e do destrutivo.

Palavras-chave: Gás natural, Técnicas de instalação, Método destrutivo, Método não destrutivo, Perfuração horizontal direcional.

Abstract: The article addresses a critical analysis of natural gas network installation techniques, focusing on the comparison between destructive and non-destructive methods, with an emphasis on directional horizontal drilling. The study highlights that natural gas infrastructure plays a crucial role in delivering clean, efficient energy. Traditionally, natural gas pipeline installation methods involved digging trenches, which caused significant disruptions to traffic and utilities. However, horizontal directional drilling has emerged as a non-destructive technique that minimizes negative impacts on urban communities. The article explores the principles of horizontal directional drilling, highlighting its benefits, such as reduced surface restoration costs, lower environmental impact and lower risks of leaks. Furthermore, a case study is presented that compares the effectiveness of the nondestructive and the destructive method.

Keywords: Natural gas, Installation techniques, Destructive method, Non-destructive method, Horizontal directional drilling.

1. Introdução

Segundo o boletim de junho de 2008 da ANP, analisando o período compreendido entre os anos de 1964 e 2007, as reservas provadas de gás natural cresceram a uma taxa média de 7,7% a.a. Esta busca por fontes energéticas mais sustentáveis impulsionou significativamente a adoção do gás natural como uma alternativa eficiente e de baixo impacto ambiental. No entanto, a instalação de redes de gás natural demanda uma cuidadosa consideração sobre os métodos de instalação, visando não apenas a eficiência operacional, mas também a preservação do meio ambiente e a segurança das comunidades.

Segundo Tighe (2002) houve uma crescente importância dos métodos não destrutivos na instalação de redes de gás natural considerando que cortes e escavações nas vias de transporte provocam uma redução de aproximadamente 30% na vida do pavimento, gerando aumento nos custos de manutenção e reabilitação. Tais abordagens têm se destacado por sua capacidade de reduzir impactos ambientais adversos e de preservar a integridade das estruturas existentes durante o processo de instalação. Esta mudança de paradigma sugere uma transição significativa na escolha dos métodos de implementação, refletindo uma preocupação crescente com a sustentabilidade e minimização de danos.

No entanto, é crucial ponderar que a decisão entre métodos destrutivos e não destrutivos para instalação de redes de gás natural não se limita somente a fatores técnicos. Aspectos econômicos, de segurança e de viabilidade específicos de cada contexto devem ser cuidadosamente avaliados.

Considerando todos os parâmetros de projeto, o método de abertura de vala (método destrutivo) é o mais demorado e, na maioria das vezes, é o método de instalação e manutenção de tubulação com pior relação custo-benefício (NAJAFI, 2004). A compreensão detalhada desses métodos e suas implicações torna-se essencial para uma tomada de decisão informada e precisa.

Diante desse cenário, este estudo se propõe a realizar uma análise minuciosa e crítica dos métodos destrutivos e não destrutivos na instalação de redes de gás natural. Além de examinar suas características técnicas, o trabalho buscará identificar os impactos socioeconômicos e ambientais associados a cada abordagem. Essa análise aprofundada tem como objetivo oferecer um embasamento sólido para orientar a escolha mais adequada na implementação de redes de gás natural, considerando tanto os aspectos técnicos quanto os impactos sociais e ambientais.

2. Justificativa

Segundo a ABRAT (Associação Brasileira de Tecnologia não Destrutiva), para instalar uma nova rede de gás nas cidades é inevitável a perfuração do solo que pode ser de forma convencional com valas a céu aberto ou através de um método denominado perfuração direcional horizontal HDD (Horizontal Directional Drilling), que em sua execução causa menos impacto e transtornos no entorno da obra. Sendo uma das formas mais eficazes para instalação de infraestruturas urbanas subterrâneas com pouca profundidade, tendo em vista a diminuição do impacto nas vias públicas e locais de preservação ambiental, apresenta maior agilidade na execução e entrega da obra.

Nos grandes centros urbanos, devido ao crescimento desordenado e ocupação irregular de áreas não previstas no plano diretor, o trânsito acaba se tornando caótico em algumas regiões das cidades.

Como exemplo na cidade de São Paulo existe a lei municipal nº 13.614 de 2 de julho de 2003 e o decreto nº 46.921 de 18 de janeiro de 2006 que regem as diretrizes para a utilização de vias públicas, subsolos e espaços aéreos obras de arte e a implantação de equipamentos de infraestrutura urbana. Também estabelecem critérios adicionais para a execução de obras de infraestrutura urbana nas vias públicas que são abrangidas por programas de pavimentação e recapeamento asfáltico, bem como para a reparação de pavimentos danificados por obras de infraestrutura urbana respectivamente.

Com base no estudo feito por Tighe (2002) entende-se que a utilização de métodos não destrutivos para a execução de obras no subsolo é uma escolha que visa a menor intervenção de vias e locais destinados ao tráfego de veículos e pedestres, sendo este o melhor método para a instalação de infraestrutura subterrânea com o menor impacto possível.

Segundo a ABRATT (2007), os métodos não destrutivos (MND) podem ser definidos como a ciência que busca utilizar técnicas que minimizem ou eliminem a necessidade de escavação no que se refere à instalação, reparação e reforma de tubos, dutos e cabos subterrâneos.

Contribuir com dados para pesquisas futuras sobre o tema apresentado no trabalho.

3. Objetivos

3.1. Objetivos Gerais

Devido ao grande crescimento do consumo de gás natural no Brasil nos últimos anos, a rede de distribuição de gás natural vem sendo ampliada, Por este motivo se faz necessário a utilização de métodos de construção eficazes e que causem menos impactos possíveis no meio ambiente e nas áreas urbanas, para ampliação das redes de distribuição do gás natural.

Nosso objetivo de estudo é a perfuração direcional horizontal (Horizontal Directional Drilling – HDD) sendo esse um dos métodos não destrutivos utilizados para a instalação de novas redes de gás subterrâneas em áreas urbanas e áreas com proteção ambiental, e também fazer um comparativo entre os métodos destrutivos e não destrutivos na instalação de infraestrutura urbana subterrânea para a rede de gás natural.

Serão apresentados dois métodos construtivos, para construção de rede de gás subterrânea: o método destrutivo com aberturas de valas a céu aberto ou trincheiras, sendo necessários neste método grandes intervenções em vias e locais destinados a pedestres devido à abertura de grandes valas para o assentamento da tubulação e o método não destrutivo, neste método não é necessário à escavação na extensão da rede de gás, sendo abertas apenas duas valas para entrada e saída da tubulação, a intervenção é mínima no local da obra.

3.2. Objetivos Específicos

Comparar os métodos destrutivos e não destrutivos na instalação de infraestrutura urbana subterrânea para a construção de redes de gás natural, e chegar a conclusão qual método causa menos impacto ambiental, e transtorno as áreas urbanas e ainda sendo viável financeiramente;
Avaliar as diferenças da técnica de construção entre o método destrutivo com vala a céu aberto e o método não destrutivo furo direcional na perfuração de gás;
Demonstrar os detalhes utilizando o método de furo direcional em relação às vantagens e desvantagens;

4. Fundamentação Teórica

4.1. Situação Atual

Usualmente as infraestruturas subterrâneas como tubulações de gás, esgoto, telefonia e eletricidade eram instaladas utilizando o método tradicional, com valas a céu aberto ou trincheiras nos grandes centros urbanos. São áreas densamente povoadas.

Esse tipo de método acaba causando grandes transtornos em vias e ao espaço destinado aos pedestres e causando impactos e em alguns casos de ordem ambiental.

A instalação de infraestruturas subterrâneas, ao longo da história, tem sido associada principalmente a métodos intencionais, como a abertura de valas ou trincheiras, especialmente em áreas densamente habitadas nas grandes cidades. Embora essas práticas sejam permitidas para colocar tubulações de gás, esgoto, eletricidade e eletricidade, elas frequentemente causam muitos problemas nas ruas e nas áreas destinadas aos pedestres, resultando em impactos negativos, inclusive ambientais. Diante dessa situação, torna-se crucial buscar alternativas mais eficazes e menos invasivas para implantar essas infraestruturas, buscando conciliar as necessidades urbanas com a preservação do meio ambiente.

Nesse cenário, o setor de Gás Canalizado, com um foco especial em Gás Natural, desempenha um papel importante na busca por soluções mais sustentáveis. Empresas como a COMGAS – Companhia de Gás de São Paulo se destacaram na implementação de práticas inovadoras e tecnologias que reduzem os impactos causados pela instalação de infraestruturas subterrâneas. A legislação, promulgada pela Lei municipal de São Paulo 13.614/03 e pelo Decreto municipal de São Paulo 46.921/06, também desempenha um papel crucial ao estabelecer diretrizes e normas que orientam o desenvolvimento e a expansão dessas redes, promovendo, assim, um equilíbrio entre o desenvolvimento urbano e a preservação ambiental. Nesse contexto, analisaremos mais de perto como esses elementos se conectam para influenciar o cenário atual das infraestruturas subterrâneas e como podem contribuir para uma abordagem mais sustentável e eficiente.

Antes de prosseguir, é preciso entender as diferenças entre gás canalizado e gás natural, tal qual suas composições químicas.

Gás canalizado: O seu fornecimento se dá por tubulações para atender edifícios residenciais, comerciais, comércios e indústrias. Quanto ao material das tubulações, os mais usuais são: Aço carbono, polietileno reticulado (popularmente conhecida como “PEX”), multicamadas e cobre. A respeito da sua composição, o Gás encanado, na grande maioria das vezes é o próprio gás natural, que é composto por hidrocarbonetos que permanecem em estado gasoso nas condições atmosféricas normais. É essencialmente composta pelos hidrocarbonetos metano (CH4), com teores acima de 70%, seguida de etano (C2H6) e, em menores proporções, o propano (C3H8), usualmente com teores abaixo de 2%.

4.1.1. Gás Canalizado

De acordo com o Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo o uso do gás natural no Brasil teve início no Rio de Janeiro em 1854 com a instalação das primeiras lâmpadas a gás. Pouco depois, em 1873, no mesmo sistema de iluminação pública, que era alimentado por gás gerado da queima do carvão mineral foi instalado em São Paulo, com a criação da São Paulo Gás Company, atual COMGAS.

4.1.2. Gás Natural

O gás natural é um combustível de origem fóssil, encontrado no subsolo da terra, é resultado da decomposição de matéria orgânica. É um produto extraído de jazidas é um produto não tóxico sem cheiro e sem cor, o gás natural é odorizado para que se houver algum escapamento seja fácil a percepção, sua combustão polui menos o ar, pois é carente de enxofre, sendo assim é uma fonte de energia não poluente e ecológica.

Segundo a Sulgás (Companhia de Gás do Estado do Rio Grande do Sul), o transporte desse gás das jazidas até os centros distribuidores é feito através de dutos de grande diâmetro ou navios metaneiros, quando não é possível a construção de gasodutos terrestres ou pelo mar.

Segundo Alonso (2004) transporte é a atividade de conduzir o gás natural aos distribuidores responsáveis pela entrega ao consumidor final do produto. O meio de transporte utilizado são gasodutos, que variam em diâmetro e pressão, de acordo com o destino do gás natural.

O gás permanece armazenado em grandes depósitos na pressão atmosférica e é injetado depois na rede de gasodutos para ser transportado aos pontos de consumo. Todas estas instalações são construídas preservando o meio ambiente, sendo em grande parte subterrâneas favorecendo a possível restituição da paisagem (GAS NATURAL FENOSA, 2015).

4.1.3. COMGAS – Companhia de Gás de São Paulo

A Maior distribuidora de gás natural do Brasil, a COMGAS (Companhia de Gás de São Paulo) atende mais de 1,4 milhão de clientes no estado de São Paulo. Fornecendo gás natural para residências, comércios, indústrias e veículos, empregando recursos tecnológicos pioneiros no desenvolvimento das redes de distribuição e na expansão do serviço (COMGAS, 2015).

4.1.4. Lei 13.614/03

A lei municipal nº 13.614 de 2 de julho de 2003 estabelece as diretrizes para a utilização das vias públicas municipais, inclusive dos respectivos subsolo e espaço aéreo, e das obras de arte de domínio municipal, para a implantação e instalação de equipamentos de infraestrutura urbana destinados à prestação de serviços públicos e privados; delega competência ao Departamento de Controle de Uso de Vias Públicas da Secretaria de Infraestrutura Urbana para outorgar a permissão de uso; disciplina a execução das obras dela decorrentes.

4.1.5. Decreto 46.921/06

O Decreto municipal nº 46.921 de 18 de janeiro de 2006 estabelece critérios adicionais para a execução de obras de infraestrutura urbana nas vias públicas abrangidas por programas de pavimentação e recapeamento asfáltico, bem como para a reparação de pavimentos danificados por obras de infraestrutura urbana executadas em todas as vias públicas.

Considerando que a implantação e criação dos programas de pavimentação e recapeamento asfáltico da Cidade de São Paulo é de responsabilidade da PMSP (Prefeitura Municipal de São Paulo), é de responsabilidade das permissionárias a reparação dos pavimentos asfálticos danificados em razão de obras de infraestrutura urbana executadas nas vias públicas (SÃO PAULO, 2006).

4.2. Definição de Assentamento

Segundo Dezzoti (2008), para obras de infraestrutura conta-se com diversos métodos para a instalação, recuperação, substituição e reparos de infraestrutura urbana subterrânea. A utilização destes métodos varia de acordo com o projeto e as condições encontradas em cada solo ou projeto. Na instalação de novas infraestruturas urbanas pode ser utilizado o método tradicional com abertura de valas a céu aberto ou trincheiras e o método não destrutivo.

4.2.1. Método Destrutivo

O método destrutivo é considerado o método tradicional de instalação de tubulações subterrâneas. O método com abertura de valas a céu aberto, conforme mostra a figura 1, envolve escavações ao longo de toda a via onde será instalado a rede de gás, após o assentamento da tubulação é necessário restaurar o pavimento, conforme as normas de cada cidade, indicado pela prefeitura.

A norma que rege as condições exigíveis do projeto de execução de valas para assentamentos de tubulações de gás por método destrutivo é a NBR 14.461/2000 – Sistemas para distribuição de gás combustível para redes enterradas – Tubos e conexões de polietileno PE 80 e PE 100 – Instalação em obra por método destrutivo (vala a céu aberto).

Figura 1 – Instalação da tubulação por método destrutivo

Fonte: Associação Brasileira de Tubos Poliolefínicos e Sistemas (2015)

As fases as serem consideradas para a instalação das tubulações são (DEZZOTI, 2008):

Sinalização;
Remoção do pavimento;
Abertura de vala;
Esgotamento (remoção de solo);
Assentamento;
Preenchimento de vala;
Recomposição do pavimento.

O método destrutivo é utilizado há vários anos, porém nem sempre é o melhor custobenefício, o método com abertura de trincheiras tem a desvantagem de interferir nas infraestruturas existentes, causando transtornos no trânsito, aos pedestres e impactos ambientais. Os equipamentos utilizados são retroescavadeiras, valadoras, pás carregadeiras, compactadoras, máquinas de corte do pavimento e caminhões, depois de montar o canteiro de obras é necessário a sinalização para evitar pessoas estranhas na obra e para segurança da circulação.

Segundo a ABPE – Associação Brasileira De Tubos Poliolefínicos e Sistemas (2015) na instalação de tubulações enterradas, é necessário verificar através de estudos as características do solo, se existe lençóis freáticos, a existência de outras tubulações e o manuseio correto dos tubos. A NBR 14.461– Sistemas para Distribuição de Gás Combustível para Redes Enterradas – Tubos de Polietileno PE 80 e PE 100 – Instalação em Obra rege as condições para abertura de valas.

É desejável que a largura da vala para assentamento da tubulação seja a menor possível, entretanto devendo ser no mínimo suficiente para permitir a compactação mecânica ou manual entre o tubo e a parede da vala.

As valas profundas como mostra a figura 2, para maior estabilidade, devem ter uma seção transversal trapezoidal, devendo ainda ser escoradas nos seguintes casos (ABPE,2015).

Valas com mais de 1,25m de profundidade em terrenos instáveis:

Valas com mais de 1,75m de profundidade em qualquer tipo de terreno;
Terrenos de consistência inadequada, independente da profundidade;
Proximidades de locais onde se colocam equipamentos que provoquem vibrações no terreno, tais como, compressores, bombas, tráfego pesado, etc.

Figura 2 – Valas profundas

Fonte: Associação Brasileira de Tubos Poliolefínicos e Sistemas (2015)

4.2.2. Método Não Destrutivo (MND)

De acordo com o manual de diretrizes da ABRAT (2015), a construção de infraestruturas por Métodos não Destrutivos (MND) é antiga no mundo e no Brasil, podemos citar que um túnel rodoviário, é uma construção por MND, pois evitou a destruição de áreas de conservação, por exemplo, mas também permite a transposição de obstáculos naturais ou não. Com o advento de instalações, e reabilitação de redes (água, esgotos, gás, comunicação e etc.).

Os métodos não destrutivos reduzem ou eliminam os danos ambientais e impactos ao local da obra, ao mesmo tempo, representam uma alternativa econômica para os métodos de instalação, reforma e reparo com vala a céu aberto. As concessionárias de gás natural vêm dando prioridade no uso do MND em suas novas instalações sempre que possível, em função dos custos e dos aspectos ambientais e sociais.

São necessários diversos levantamentos e investigações em campo, para que esses métodos obtenham bons resultados, como sondagens para estudo do solo, mapeamento de interferências, diminuindo o risco de eventuais dificuldades que possam ocorrer durante a execução dos serviços

Figura 3 – Esquema de instalação da tubulação por método não destrutivo

Fonte: Associação Brasileira de Tecnologia não destrutiva (2015)

4.3. Métodos de Perfuração para Instalação de Novas Redes

Podemos classificar os métodos não destrutivos (MND) em três grandes tipos: reparo e reforma substituição ”in loco” e instalação de novas redes.

“A instalação de dutos e novas redes compreendem” (ABRAAT, 2015 p. A3).

● Perfuração por Percussão e Cravação;
● Cravação de Túneis e Micro Túneis;
● Perfuração Direcional e Guiada.

Neste estudo, nos concentramos exclusivamente na perfuração direcional horizontal e guiada.

4.3.1. Perfuração Direcional ou Guiada

A tecnologia de perfuração direcional horizontal é geralmente utilizada para vencer obstáculos naturais ou colocados pelo homem, esse tipo de perfuração inovou a forma de travessias de rios, que antigamente era vencido por métodos convencionais com grandes escavações ou de dragagem.

O método de perfuração direcional horizontal (Horizontal Directional Drilling, HDD, em inglês) é uma operação de duas etapas, na maioria das vezes. Com o auxílio de uma máquina de perfuração, inicialmente executa-se um furo piloto ao longo do percurso previsto com diâmetro variando entre 25 e 125 mm.. Em seguida, esse furo é alargado no sentido inverso para acomodar a tubulação final, a qual é puxada simultaneamente pelo alargador ao qual está presa. No entanto, em algumas condições adversas de solo, a etapa do alargamento pode ser subdividida em diversas outras, aumentando o diâmetro do furo gradativamente (NAJAFI, 2017).)

Esta forma de perfuração é uma decorrência da tecnologia de perfuração de poços de petróleo, desenvolvido no início dos anos setenta por Titan Construção, Sacramento, Califórnia, Estados Unidos. A primeira instalação foi realizada em 1971 para a Pacific Gás and Electric Company, que envolveu a instalação de cerca de 180 metros de 4 polegadas (100 milímetros) de diâmetro da tubulação de aço sob o rio Pajaro perto de Watsonville,

Califórnia. Antes de 1979, o método foi limitado à instalação de comprimentos curtos. Desde 1979, o método teve uma grande evolução, facilitando passagens de comprimento com uma grande variedade de tamanhos de tubos (NORTHEAST TRENCHLESS ASSOCIATION, INC, 2015).

O furo direcional guiado, é empregado para o assentamento de tubulações de novas redes tanto de gasodutos quanto cabeamento e redes de saneamento básico (Figura 5). O traçado da perfuração pode ser reto ou com uma suave inclinação ou curva e a direção da perfuração pode ser ajustada em qualquer fase de execução do serviço para contornar obstáculos. A perfuração pode ser executada entre valas pré-escavadas de entrada e saída ou a partir da superfície, fazendo-se a entrada da perfuratriz no solo em um ângulo suave (ABRATT, 2015).

Figura 4 – Execução do furo direcional

Fonte: ALL WORD TRADING LLC (2010)

De acordo com a ABRATT (2015), a instalação da tubulação final ou duto é uma operação dividida em duas etapas. Primeiro faz-se um furo piloto ao longo do percurso previsto, como pode ser visto na figura 5, que posteriormente é alargado no sentido inverso para receber a tubulação final.

Na execução da etapa de alargamento, a tubulação final é presa ao alargador através de uma conexão articulada e é puxado para o furo alargado à medida que a coluna de perfuração é removida, (Figura 5).

Em condições difíceis de solo, ou onde o alargamento for considerável, poderá haver um ou mais estágios intermediários de alargamento, nos quais o diâmetro do furo aumentará progressivamente.

Até pouco tempo atrás, a perfuração direcional era usada principalmente para a instalação de redes pressurizadas e dutos para cabos, onde geralmente os declives não são críticos. Algumas das máquinas de perfuração e sistemas de guia mais recentes, contudo, oferecem uma precisão excelente em condições adequadas de solo (ABRATT, 2015).

Figura 5 – Esquema perfuração direcional horizontal

Fonte:http://peveduto.com.br/o-que-e-mnd-conheca-as-vantagens-do-mnd-em-relacao-aometodotradicional/

4.3.2. Máquinas de Perfuração

No mercado temos disponível uma gama de equipamentos, desde unidades de menor tamanho para menores diâmetros e pequenas extensões, até máquinas de grande porte, que são capazes de fazer instalações com extensões maiores que um quilômetro e com tubulações de grande diâmetro. Existe também uma variedade igualmente grande de sistemas de direcionamento, cabeças de perfuração, alargadores e acessórios. Existem duas grandes categorias de máquinas: de lançamento na superfície e de lançamento em poço (ABRAAT, 2015).

● Uma máquina típica de perfuração direcional com lançamento na superfície mostrada na figura 7, de porte intermediário, possui uma capacidade de empuxo e tração da coluna entre 8 e 15 toneladas, e um torque de até 5000 N.m, dependendo da velocidade de rotação. A máquina descrita tem a capacidade de assentar tubulações com diâmetros que variam entre 250 a 500 mm e uma distância de 100 a 350 metros, isso dependendo das condições de solo encontradas (ABRAAT, 2015).

Figura 6 – Máquina de perfuração direcional com lançamento na superfície

Fonte: Associação Brasileira de Tecnologia Não Destrutiva (2015)

Algumas das máquinas mais compactas podem ter uma escavação ligeiramente maior que a necessária para executar as emendas após a instalação, geralmente, são previstas para perfurações praticamente retas e usam frequentemente barras da coluna de perfuração mais rígidas que as dos sistemas com lançamento na superfície. Possuem, todavia, maiores limitações na capacidade de desviar de obstáculos (ABRAAT,2015).

De acordo com a ABRAAT (2015), as grandes máquinas de perfuração direcional podem ter empuxo acima de 100 toneladas e são usadas principalmente em obras longas ou de grande diâmetro, como travessias por rios, grandes rodovias e locais com preservação ambiental, como mostrada na figura 8.

Figura 7 – Máquina de perfuração direcional de grande porte

Fonte: PoliDrill – Lining for Drilling (2015)

A capacidade das máquinas de perfuração direcional varia consideravelmente em função do tipo de solo através do qual forem trabalhar. De um modo geral, argilas homogêneas são os solos mais favoráveis, enquanto a areia pode apresentar problemas, especialmente se estiver abaixo do lençol freático ou não for autoportante ao encontrar tais obstáculos (ABRAAT, 2015).

4.3.3. Perfuração a Seco

Segundo manual de diretrizes da ABRATT (2015), geralmente as máquinas para perfuração direcional para lubrificar a cabeça de corte, movimentar o resíduo de material escavado para o poço de entrada e estabilizar o furo, utiliza um fluido, porém alguns sistemas são projetados para a operação a seco como mostra a figura 10 as máquinas tendem a ser mais compactas e simples.

As máquinas de perfuração a seco utilizam um martelo pneumático de alta frequência, montado na cabeça de perfuração, para escavar e compactar o solo no furo piloto. Como acontece nos sistemas com auxílio de fluido, a cabeça de corte localizado adiante do martelo tem um ângulo, permitindo o direcionamento através da parada da rotação em uma determinada posição.

Figura 8 – Máquina de perfuração direcional a seco com lançamento na superfície

Fonte: Associação Brasileira de Tecnologia Não Destrutiva (2015)

A perfuração a seco é essencialmente uma técnica de deslocamento pode ser descrita como “perfuração direcional com compressão do solo”, como tal, é mais adequada para solos compressíveis e autoportantes, e poderá não ser adequada para areia e cascalho, em diâmetros de perfuração acima de 75 mm (ABRATT, 2015).

4.3.4. Perfuração com Auxílio de Fluido

Existem dois recursos essenciais em qualquer máquina de perfuração direcional. O primeiro é uma bandeja com sistema de acionamento que empurra a coluna através do solo para abrir o furo piloto e puxa de volta essa coluna e a tubulação final na operação de alargamento. Tipicamente, a inclinação da bandeja de uma máquina de lançamento na superfície pode ser regulada entre a horizontal e cerca de 10 a 20°. O segundo recurso compreende um motor e um sistema de acionamento para girar a coluna de perfuração e a cabeça de perfuração ou o alargador, gerando torque de rotação liberando o fluido, como mostra a figura 10 (ABRAAT,2015).

Figura 9 – Máquina de perfuração com auxílio de fluido e barras

Fonte: Associação Brasileira de Tecnologia Não Destrutiva (2015)

Para a perfuração direcional é necessário o uso de fluidos que facilitem a perfuração e ajudem a estabilizar o solo, para algumas perfurações mais curtas e de pequeno diâmetro utiliza-se como fluido a água. A lama betonítica é o tipo mais comum de fluido para perfuração, é um tipo de argila com propriedades tixotrópica, o que significa que permanece fluida enquanto estiver sendo bombeada ou agitada, mas forma um gel se for deixada em repouso. Se for agitada novamente, volta a ser um fluido. (ABRATT, 2015).

“Dependendo de sua formulação, os fluidos de perfuração possuem diversas funções (ABRAAT, 2015 p. L7)”:

Lubrificar a cabeça de corte e reduzir o desgaste;
Amolecer o solo para facilitar a perfuração;
Remover o material escavado em suspensão, até o poço de lançamento;
Estabilizar o furo antes do alargamento;
Lubrificar a tubulação final durante o alargamento e a inserção; Acionar os motores de lama para perfuração através de solos duros.

4.4. Sistemas de Rastreamento e Direcionamento

De acordo com o manual de diretrizes da ABRATT (2015), excluindo a perfuração com lançamento em poço, a maioria dos métodos não destrutivos utilizam sistemas de localização e direcionamento da perfuração. Esses dispositivos, com o avanço da tecnologia nos dá uma alta precisão no momento da execução do furo direcional.

…Para minimizar os danos e direcionar a escavação aleatória, é utilizado o geoprocessamento, que de forma sucinta consiste em uma tecnologia que, utilizando recursos de computação gráfica e processamento digital de imagens, associa informações geográficas a um banco de dados alfanuméricos. (MASSARA; UDAETA, 2012 p. 109).

São exemplos de equipamentos mais comuns para mapeamento de interferências no solo e elaboração do plano de furo são: o pipe locator, indicado na figura 12,GPR – Ground Penetrating Radar, ou mais conhecido como radar de penetração no solo, mostrado na figura 13 que atuam como uma varredura percorrendo o asfalto, indicando onde existe rede já implantada ou qualquer outro tipo de interferência evitando assim que, durante a instalação da nova rede, haja interceptação (MASSARA; UDAETA, 2012).

Figura 10 – Pipe Locator

Fonte: Underground Surveying (2015)

Figura 11 – GPR – Ground Penetrating Radar

Fonte: Radiodetection (2016)

“A utilização dos equipamentos de rastreamento do subsolo tem as vantagens de (MASSARA; UDAETA, 2012 p. 109)”:

Não obstrução ao tráfego;
Não desperdícios de recursos e energia;
Precisão na execução da obra;
Preservação do meio ambiente;
Curto período de execução.

E principalmente, indicação da existência de outras redes cujos cadastros e mapeamentos possam estar desatualizados.

4.5. Equipamentos Auxiliares

Na maioria das vezes presta-se mais atenção nos itens principais do equipamento, temos numerosos acessórios e equipamentos auxiliares que desempenham papel importante para o sucesso de uma obra de perfuração direcional ou guiada. São as cabeças de puxamento no mercado, há diversos tipos de cabeças para puxamento de tubos de polietileno conforme figura 13, algumas inclusive, são destinadas especificamente para a perfuração direcional.

Elas exercem uma função importante no momento da perfuração direcional que é evitar a entrada de fluido de perfuração ou material escavado no interior da tubulação final, o que pode ser uma consideração importante para redes de água potável, que precisam ser estéreis (ABRATT, 2015).

Figura 12 – Cabeças de puxamento

Fonte: Associação Brasileira de Tecnologia Não Destrutiva (2015)

Podemos citar alguns equipamentos auxiliares importantes para a perfuração direcional: os roletes de apoio da tubulação final e os guinchos puxadores de cabo (ABRATT, 2015).

4.6. Implantação da Rede de Gás Natural Através da Perfuração Horizontal Direcional

A infraestrutura para o gás natural chega às cidades em geral quando estas já estão formadas e densamente ocupadas, para a implantação de novas redes de tubulação de gás enterradas, a escolha de um método que gere o menor distúrbio na área de interdição, um menor de tempo da obra tem relevante papel na dinâmica das grandes cidades, tornando-se assim a implantação de novas redes mais sustentável (MASSARA, 2007).

De acordo com Massara (2007), devem ser seguidas algumas etapas para a implantação do gasoduto com o método da perfuração direcional guiada. Deve ser feito o planejamento do furo a partir de levantamentos das interferências e relatórios fotográficos do local da obra.

Assim é feito o plano da navegação (Plano de Furo), sendo necessário neste plano levar em conta as profundidades e a flexibilidade da tubulação a ser instalada, posicionando as valas de entrada e saída para a perfuração a uma distância de 10 metros ou onde a Prefeitura indicar.

Para a execução do furo piloto, sendo este o inicial é feito a montagem dos equipamentos na via.

A máquina é uma perfuratriz rotativa hidrostática de alta pressão, sendo uma de suas partes uma cabeça de perfuração que possui em seu interior um dispositivo eletrônico que emite sinais que são captados por um equipamento que mostra a localização, profundidade, inclinação e ângulo de rotação possibilitando monitoração e direcionamento (MASSARA, 2007).

Executado o furo piloto, é colocado na perfuratriz à cabeça de puxamento para a introdução da tubulação permitindo o alargamento do furo, assentando a tubulação conforme a figura 14.

Figura 13 – Instalação da tubulação em PEAD subterrânea

Fonte: COMGÁS (2016)

5. Descrição do Estudo de Caso

O objetivo é descrever as premissas adotadas na concepção do projeto da rede de distribuição de gás natural que foi implantada pela CONCESSIONÁRIA DE GÁS AUTORIZADA NO MUNICÍPIO DE SÃO PAULO (COMGAS), para atendimento a uma residência localizada na Rua Edgar de Souza no bairro Aricanduva do Município de São Paulo, conforme figura 15.

Figura 14 – Foto de Satélite Rua Edgar de Souza

Fonte: Adaptado de Google Earth (2023)

No mapa na figura 16 é mostrada a localização da tubulação existente em azul e a projetada para a residência em questão traçada na cor vermelha.

Figura 15 – Traçado de rede existente e rede a ser implantada

Fonte: Adaptado de Google Maps (2023)

5.1. Métodos De Construção

Como padrão de construção, foi utilizado o Método Não Destrutivo (MND), com exceção de pequenas escavações, sendo as de entrada e saída da tubulação instalada e duas auxiliares para melhor direcionamento do furo e passagem da tubulação. Como o solo retirado estava em bom estado, foi depositado ao lado das escavações para ser utilizado no reaterro. Caso fosse considerado inadequado seria encaminhado a um bota-fora autorizado.

Os reparos do pavimento foram realizados conforme procedimentos descritos na Norma da Prefeitura Municipal de São Paulo (PMSP/SP) IR-03/2004 – Instrução para reparação de pavimento flexível danificado pela abertura de valas.

5.2. Mapeamento da área e identificação de todas as interferências existentes

Primeiramente é feito um levantamento junto a Prefeitura de Plantas de instalações de redes de água, telefonia, fibra óptica, esgoto, etc,. Porém, isto não é suficiente para a elaboração do projeto, algumas falhas de cadastro podem ocorrer por serem muito antigas e desatualizadas. Com isto se faz necessário a realização de sondagem através de tecnologia de imagem digital no percurso onde será executado o furo direcional, a fim de identificar todas as interferências.

A inspeção com este método é rentável devido à interrupção mínima das operações, bem como evitar os altos custos de danos e reparos devido a escavação (Figura 17).

Figura 16 – Mapeamento da área

Fonte: Associação Brasileira de Tecnologia não destrutiva (2015)

5.3. Elaboração do Plano de Furo

Após o levantamento das interferências por meio de tecnologia de imagem digital e através de informações de terceiros (água, energia elétrica, fibra óptica, e etc.), é elaborado o projeto de Plano de Furo. O qual contempla a identificação de todas as interferências, seguindo os padrões recomendados conforme a ABRATT, OSHA (Figura 18).

Para elaboração do Plano de Furo se faz necessário levantar o máximo de informações possíveis, análise das interferências subterrâneas, cadastros obtidos junto às concessionárias, caixas subterrâneas, e levantamento geológico da área.

Mesmo com o auxílio de profissionais com vasta experiência no levantamento topográfico conforme define a ABNT 13.133, algumas falhas de cadastro podem ocorrer por serem muito antigas e desatualizadas.

Caberia às prefeituras a unificação de todas as informações possíveis de cadastramento dos seus municípios, de modo que o conjunto de interferências possa ser confiável e eficaz. Atualmente cada concessionária cuida do seu patrimônio, mas divulga pouca informação sobre o seu sistema de cadastramento quando este é solicitado, pois as informações muitas vezes solicitadas estão mal cadastradas ou são inexistentes.

Figura 17 – Plano de furo

Fonte: Adaptado de RIC – Rede Integrada de Calçada – COMGÁS (2023)

5.4. Demarcação e Sinalização

Demarcação e sinalização da área de trabalho, com cavaletes e cones, para orientar os trabalhadores, visitantes, pedestres e veículos, indicando rotas seguras e áreas a serem evitadas. Essa prática protege as pessoas e auxilia na organização do tráfego, evitando congestionamentos e melhorando a circulação.

Figura 18 – Demarcação e sinalização